JPS5865159A - 関節補形物及びその製法 - Google Patents

関節補形物及びその製法

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JPS5865159A
JPS5865159A JP57166415A JP16641582A JPS5865159A JP S5865159 A JPS5865159 A JP S5865159A JP 57166415 A JP57166415 A JP 57166415A JP 16641582 A JP16641582 A JP 16641582A JP S5865159 A JPS5865159 A JP S5865159A
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polymer
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varnish
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改讐された真合体の関節補形物及びそあ製造
方法に関するものである。更に詳記すれは、滑り面の摩
擦係数と耐変形性の両方に関して改醤された性質を有す
る関節補形物の全体若しくは一部に関するものである。
現在まで数年間、股関節症の如き患者の治療において惹
起される間辿紘、関節の満足のいく操作に適合した摩擦
係数を得為ために、関節の侵鰻部位を除去して、これを
金属、セラミック若しくはプラスチック製の補形物で重
き換えることからなる外科手術によって解決されている
人間の関節は、極めて低い摩擦係数を有し、そして滑液
と軟骨の特殊な性質によシストレス下での長期の摩擦仕
事から起る要求に関節が応答することができる。
関節補形物を使用することが必要である場合に鉱、健全
な関節を制御する全ての機構を置き換えようとするので
はなく、単に新しい補形物表面を適合させようとするも
のであシ、その際に神経筋肉制御系、靭帯システム、被
膜及び滑液の補形物への順応を助け、これらの機能を維
持する良めに全ゆる努力が払われている。
この順応を容易とするために、補形物は関節の自然な形
状及び寸法にできるだけ忠実に複製され得るように作ら
れる。更に補形物に使用する材料の選択は、これが有し
−なければならない滑り性および関節によって構成され
るヒンジ点に作用する力の見地から非常に重量である。
このように関節滑シ′rkJ扛、軽度な摩擦性を有し麦
けれはならないが、過大なaXに摩耗性であってはなら
ない、なぜならは粒子の作用によシ炎症を起し得る岸粍
破JllI屑若しくは片の形成を防止すること線必要で
あるからである。
従来は、関節補形物は一1金城、セラミックまたはプラ
スチックから作られていた。
金属製補形物は、関節の1IIt#)面が共に金属で作
られていた時には、非常に不満足ではあるが許容せざる
を得ないl#札破壊屑の形gtもたらす欠点を有してい
る。金属製補形物はこの欠点によシ、いかなる場合に於
いても使用されなくなった。
セラミック製補形物は、関節の健全な部分と直接接触さ
せて使用した場合にも、或い線ポリエチレン若しくはセ
ラミックの部分と接触させて使用した場合にも摩擦係数
が非常に小芒い利点を有している。しかしなからこれら
は脆く脆性であるので生体外で破Jl!14I故を起す
欠点を有している。
シラスナック製補形物社、一般に金属製部品と接触させ
て使用するが、これは関節の摩擦係数を非常に小さくす
ることを可能とする。金属はクロム−コバルト合金また
性ステンレス鋼であシ、プラスチック製補形物は一般に
尚密度ポリエチレ/から作られる。しかしながらこのよ
うな関節補形物は、比較的許容されるのではあるが受は
入れが良い摩耗破壊屑の形成をも走らす欠点があ松、更
にはクリープによる変形をきたし、これが補形物の満足
的作用に8影響を与える。
本発明社、前記欠点を解消した重合体プラスチックから
製造した改良された関節補形物に関するものである。こ
の目的のため、重合体関節補形1は滑シ面を含み%該f
#シ面は、テトラフルオロエチレンで該1合体をグラフ
トさせた薄層から作られている。
薄いテトラフルオロエチレングラフト電合体層を有する
結果として、補形物の単線係数扛改畳され、しかもこれ
を構成する重合体の興味ある機械的性質は保持されてい
る。
本発明で使用した方法は、テトラフルオロエチレン(C
gFa )でグラフト化することによってポリエチレン
の局部的変性とエチレン−ナト2フルオロ工チレン共1
合体の形成をも九らし、これが単振特性の改畳を可能と
しそして浚れ九りリーf耐性を付与する。同時に適用さ
れた架橋は、照射下に分解しそして架橋しない純ポリテ
トラフルオロエチレンの場合に観察された共1合体鎖の
不i」逆的11を防止する。フッ素含有成分の存在によ
って増加した重合体鎖の易1)JJJJ度がり一リープ
を与えること扛なく、その代シに最初の構造への共1合
体の復帰を容易とする。
架橋エチレン−ポリテトラ フルオロエチレン共重合体 (CH2−CH)n・・・・・(CF 2− CF 2
)・・・・・・(CH−CH2)n(CH2−CH)n
・・・・・・(CF 2− CF 2)、、・・・・・
−(C)(−CH2)n非架橋ポリテトラフルオロエチ
レン重合体一般にグラフト1合体層の厚さは、約0.6
ないし0.5μのである。
本発明の好ましい具体例によれば・、補形物は架橋重合
体から作られる。このようにすることによって補形物の
機械的性質は更に改醤される。この場合には補形物の他
の部分よりも高度に架橋した重合体によって構成された
部分を含むのが有利である。
よシ高度に架橋した部分の位置は、圧縮応力が最も高く
なる位置に一致させるために補形物が受ける機械的応力
の関数として選択される。
このように補形物のクリープ耐性は、応力が最も高くな
る点でよシ大きな硬度の部分を作ることによって改畳さ
れる。本発明の補形物の特殊の構造(即ち異なる度合に
架橋し九1合体部分及びテトラフルオロエチレン−グラ
フト重合体から形成した滑シ面の存在の結果として、過
度の#!度を得ることが可能となり、特に摩耗破壊屑の
形成をもたらすf#シ面が過度の波腹を有するのを回避
することが可能となつ0た。
良好な摩擦係数を得るために、滑シ面を形成する制限さ
れた厚みの層のテトラフルオロエチレンジ2フト化の度
合は、表面1a1111″Iシテトラフルオロエテレン
0.3ないし2.5■であるのが有利である。
このグラフト化の度合は、次式:Pm/s(式中、Pm
 d llil動形のテトラフルオロエチレンの1董を
表わし、SFi、滑9面を構成するグラフ11合体の外
面を表わす。)に一致する。
本発明によれは補形物を構成する重合体は、ポリエチレ
ン及びポリエチレンのようなポリオレフィン、ポリスチ
レン、ポリアクリレート、ポリVニルクロライド、ポリ
アミド及びポリエステルからなる群から選択することが
できる。
重合体の選択社、補形物が一°き換えられる関節に特に
依存し、そして置き換えられるべき関節(ひざ、肩、足
首、権勢)の所望の機械的特性を得るために重合体の機
械的性質を考躍にいれてなされる。股の補形物の場合に
は、重合体は好ましくはそして竹にポリエチレンである
本発明はまた前記特性を有する補形物の製造方法に関す
るものでるり、そして該製法社、り1Ml!D面を1す
る重合体の関節輪形物の外向を、滑シ面を形成する領域
を除き、テトラフルオロエチレンに対して不透過性で不
活性な保膿ワニスで層積し、 b)このように被覆した補形物に電離巌を照射し、 C)このように照射した補形物を、テトラフルオロエチ
レン蒸気と、滑シ面を形成する重合体に限定された厚み
のテトラフルオロエチレンのグラフト化をもたらすのに
適当な時間接触させ、ついで d)保護ワニスを除去することからなる。
このように実施し、照射を適当な条件で行なうことによ
って、一方では補形物を構成する1合体を架橋し、そし
て他方ではワニスで保護されていない補形物の六回だけ
をテトラフルオロエチレンでグラフト化することができ
る。
ワニスは単に補形物を保護するために(卸ち蒸気状態の
モノマーとの接触を防止するために補形物を防水性とす
る目的で)供せられ′、そして結果として保護される補
形物の領−へのモノマラフト化を防止する。
このワニスはテトラフルオロエチレンに不透過性及び不
活性でおり、重合体に対する良好な湿飼性および良好な
安定性を有し、さらに引き裂きを受けに<<、来秋なま
までありそして電離°縁に対する過当な耐性を有する必
要がある。更にこのワニスは補形物を効果的に保護する
ために、適度の粘着性を有しなけれはならずそして操作
の終了時に紘・好ましくはザを弓1き隘す3とに1″谷
易に除去されねはならない。
最後にこのワニスは、低温レリえは一100℃でその機
械的性質を保有するのが好ましい。
被覆した補形物をガス状モノマーに接触させるに拡、一
般にグラフトすべき補彫物費索を収容した容器を冷却す
ることによるガス状モノマーの移送が挙げられる。
使用し一得るワニスとしては、ヌクレテツクス(Nuc
letex )の商標名で市販されている、下記配合の
ビニル樹脂をペースとしたワニスが挙げられる。
バラフレックス(ポリエステル)          
8m[置部ジオクチル7タレート          
   6重量部このワニスは、通常の方法例えばブラシ
にLつて補形物に適用される。乾燥後、このように保験
した補形物に電離線を照射して、1合体の架橋とグラフ
ト化のための活性部位を形成する遊離基を生成させる。
この照射は、例えは真空下域いは不活性ガス雰囲気(例
えば窒素算囲気)中、酸素の不在下で実施される。使用
し得る電NHbltf、rlli%索外111または電
子ビームである。照射は好ましく扛1Uないし15 M
radの嶽量で2.5ないし3 MeVのエネルギーを
有する電子ビームによって実施される。
照射後、ワニスによって音線されない補形物部分の重合
体にテトラフルオロエチレンをグラフトさせるために、
補形物をテトラフルオロエチレン蒸気と接触させる。こ
の接触操作は、達成すべき所望のグラフト化度に応じて
選択された温度及び時荀で実施される。このグラフト化
度は、適用するエネルギー及び照射線量、モノマーの圧
力、温度及び七ツマ−との接触時間に従ってコントロー
ルすることができる。    ・ 0.3ないし2.5■A−のグラフト化度を得るために
、補、彫物を1.2なl/iL1.6バールのテトラフ
ルオロエチレン圧下で、50ないし70時間テトラフル
オロエチレンと接触させる。
補形物を形成する重合体の架橋化度は、電離線ビームの
エネルギー、照射11filit及びビームに対する補
形物の配向に依存して調節することができる。
本発明による方法の変法によれは、補形物の照射を2段
階で行ない、その第1段階で補形物を形成する重合体の
架橋を行い、そして第2段階でグラフト化に必要な前照
射を竹うことができる。
この場合に、保護すべき補形物の部分にワニス會適用後
、第1段階を好ましくはγ線によって実施しそして第2
段階を電子ビームによって実施する。
しかしながら、ワニスを2回の照射段階の間に適用する
こともでき、この場合には該方法は、a)重合体を架橋
させるために、滑シ面を有する重合体の関節補形物を電
離線によって照射し、b)架橋した重合体の関節補形物
の外面を、渭シ面を形成する領域を除き、尤ドラフルオ
ロエチレンに対して不透過性で不活性な保護ワニス□で
液種し、 C)このように保護した補形物に電WIIA線を照射し
、 d)このように照射した補形物を、テトラブルオロエチ
レン蒸気と、滑シ面を形成する重合体に限定された厚み
のテトラフルオロエチレンのグラフト化をもたらすのに
過歯な時間接触させ、ついで e)保護ワニスを除去することからなる。
前記したのと同様に、架橋工程はr@で照射を行うのが
好ましく、一方ワニスで保護した輪形物の照射工Sは、
電子ビームによって実施する。
補形物の残余の部分よシも高度に架橋した架橋重合体部
分を補形物中に形成させるには、例えば異なる架橋度を
与える照射処理工不ルイーを選択する通常の方法を使用
すること゛ができる。好ましくは、このような結果を得
るために、補形物が2種の異なる配向下での電離線を受
けるように照射を実施する。
この場合には、補形物の照射は2段階で実施することが
でき、そして照射ビームに対する補形物の位置は、2段
階の間で、補形物の一部は2種の照射線量を受けるが、
残シの部分は単に一種の照射線量を受けるように変更す
ることができる。このようにして、2柚の線量を受けた
部分で高度の架橋化が得ら゛れる。この部分の位置は、
最も高い圧力及び応力を支える関節の配向軸に一致する
ように選択される。
次に実施例及び添付の図面によって本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。
実施例1 この実施例社、ポリエチレン股補形物による処置に関す
るものであシ、蚊補彫物の形状はコナロイド(coty
loid )を含む寛骨の部分に対応している。
最初に、製品ヌクレテツクス(Nucletex )に
よって構成されるワニスを、f−)シによってコチロイ
ドの内部のへこみを除いて補形物の外面にブラシによっ
て塗布した。次いでこのように被榎した補形物に下記条
件下でコバルト60光源によって真空中でr線照射を行
った。
線量率: 0.27 Mraa/h 融 量: 15 Mrad この補形物を、3MaVのエネルr−1400μAのビ
ーム強度及び13 Mra改の線量の電子ビームによっ
て真空中で更に照射した。照射後、テトラフルオロエチ
レンを、補形物を収容する1、5バールの圧力及び15
℃の温度の真空閉鎖容器中に導入し、そして補形物をテ
トラフルオロエチレンと50時間接触させて、補形物の
禾保繰部分にテトラフルオロエチレンをグラフトさせた
。このグラフト化度の後、保護ワニス−を補形物から除
去した。次いでグラフを化度を測定した。これは次式:
Pm / a、Pm=P−Pi(式中%PIはグラフト
化後の輪形物の電蓄を表わし、 Plはグラフト化Ni
lの補形物の重量を衣わしそして8はワニスによって保
−されていない補形物の表面を表わす。)Kより求めら
れる。これら条件下では、得られたグラフト化度は、禾
保護表面1 an2当りテトラフルオロエチレン0.3
18w9である−0それからこのようにして107IC
袖形物について、第1図に示した装置によって単粍試験
を実施した。
この装置社、歯車電動機1と、該歯車電動機に垂直に固
定された軸3に従って移動するトロリ2と、歯車電動機
1と一体で、固定ローラ4と永久に接触するカム3と、
歯車1JikJJ機1によって駆動されその上部に大腿
骨7の基部を受ける自在継手5を設けたクランク手段6
と、前記トロリに対して垂直で試験すべき補形物9’を
支持しながら垂直面を移動する第2のトロリ8と、荷1
[10とからなる。この装置はまた摩擦部を潤滑するの
に使用する蒸留水供給手段をも含んでいる。
操作に当って、歯車電動機1はクランク6を駆動し、そ
の円運動はローラー4と接触するカム3によって悪化す
るので、クランク6の円運動は。
トロリの作用面におけるクランクの回転中心の交互の置
き換えを伴なう。それ故クランクの移動が変更されそし
て大約長占形を呈しセして艇内の集軸と短軸との間の長
さの相違が、大腿骨のヘッドで補形物9を支持する垂直
トロリ8の2回の移動を生じさせる。大腿骨7及び補形
物9の移動を保証するカム3の1回転は、1サイクルに
相当する。
tip12図に補形物9のコテロイド中の大腿骨のヘッ
ドによって記載された1サイクルの間の動きを下す。こ
の動きは以下に示すように解明される。大腿t1の後方
から前方までの角度の移動は、垂直に対しそして運動方
向に最初25@の角度、次いで35°の角度を描くこと
に本って得られ、これら2榛の角度の間の制限は、骨格
の対称、11411を通過する段階に垂直な垂直面にあ
る。この外7J慣方向への移動は、同−垂直面十鍛大角
t15″による移動で起る。、最初の位置に戻るために
、1(J″′の内方横方向への移動をする。i11記し
たように、2種の移動に加えて1サイクル中、大腿骨は
±6゜の角度のジアフイシス(diapfi’y818
 )で同軸的に回転する−0ひざでの1サイクル中の前
記交互及び回転運動の全ては、第3図にボした非対称の
図で明らかにされ、その範囲は許容された角度の移動の
関数である。
この移動祉、ひざの低部のもつともよく遭遇する位置の
生成内で遭遇する条件(前方への動き、後方への動き、
方向変化等)と非常に類似の条件下での大腿骨のヘッド
によるコテロイPの全走査゛を保証する。
この試験の目的のため、補形物を支持する移動手段に適
用した荷110 Fi、100 daNであシ、歯車電
動機は25サイクル/分の速度て操作した。
500.000サイクルの終シに、コテロイドの外形を
検査し、その形状大きさを水処理ボリエテレンコチロイ
ドのものと比較した。
得られた結果を第4図で睨明する。図は、本発明の方法
で処理したコテロイドで観察された変形4 a t 4
 b+ 4 e * 4 a及び同一の床処理コテロイ
ドで観察された変形4eを示す。図4a、4bb4C1
4da、コテロイドの内部の凹みによって定められた半
球形の基部に対し垂直で、該半球形の中心を通過する平
面であって、該平面が互いに45°変位した平面に従っ
たコテロイドの断面図である。
本発明の方法によって処理したコテロイドは、禾処扁コ
テロイド(その断面図は図4aのものと同じ平面に従っ
てなされ九)と比較して備んど変化しないこと明らかで
ある。
実施例2 実施例1と同じポリエチレン補形物を使用し、コテロイ
ドの内部の凹みを除いてその外面に同じワニスを塗布し
次。このように被徨し六補彫物に。
ビームが球状部の凹形に、対して画直になるように補形
物を配合させて、3MeVのエネルギー、400μAの
ビーム強度及び13 Mradの線量の電子ビームによ
って真空中で照射を行った。
そ−れから照射した補形物を、1.5パールの圧力下、
温度15℃で50時間テトラブルオロエチレンと接触さ
せた。これら条件下では、グラフト化度轄、12当シテ
トラフルオロエチレン0.462■である。
このように処理し九補彫物を、実施例1と同じ条件下で
の摩耗試験にかけた。、得られ九結果を第5図に示した
第5図に於いて、5a、5b、5c及び5dは、W4,
4図の断面図4a、4b、4c及び4dと同じ条件下で
なされfc断面図であり、5eは断面図5aと同じ平面
内でなされた米処理コテロイドの断面図である。
処理したコテロイドの変形は、米処理コテロイドの変形
よシもずつと少ないこと明らかである。
更に実施例1で得た補形物と比較して、結果は潰れてお
り、変形は凹部の中心に関し、ずっと少なくセしてよシ
規則的であった。
グラフト化前に照射をすることによシ架橋を竹なう実施
例1の場合に於いては、重合体の高度の架橋が得られる
が、架橋の結果として拡散によって重合体にエトラフル
オロエチレンはあまりよく浸入しないので、結果として
テトラフルオロエチレンのグラフト化は低度になる。
更に高度の架橋及び低度のグラフト化によって。
滑シ向補形物の硬度は高くなシ、そして摩耗破壊屑は疑
いもなく研磨されすぎて形成し、これが補形物に対して
高度の摩耗をもたらす。
実施例に の実施例は、実施例1のものと同一のポリエチレン補形
物の滑シ面のグラフト化に関するものである。
コテロイドの内部の凹みを除いて、実施例1へ同じ保験
ワニスによって補形物の外面を保睦しに後、実施例2の
実験照射条件を使用して、架橋とグラフト化を同時に実
施した。
照射についで一補彫物ヲ1.5バールの圧力、15℃の
温度で65時間テトラフルオロエチレンと接触させ、つ
いでワニスを除去した。これら条件下では、得られたグ
ラフト化度は、1−当シテトラフルオロエチレン1.3
2Ivであった。このようにして得た補形物を、電子分
光分析による試験にかけると、フッ素原子をつきとめる
ことができた。この試験は、フッ素原子が3000又ま
での深さに存在することを明らかにしたが、このことは
グラフト化が制限された厚さの重合体層で起ったことを
示すものである。
実施例4 実施例1のものと同一のポリエチレン補形物を使用し、
実施例2と同じ条件で被稜と照射操作を行った。
照射後、補形物を1.5バールの圧力、20℃の温度で
65時間テトラフルオロエチレンと接触させた。得られ
たグラフト化度は、1−当りテトラフルオロエチレン2
■である。それからフッ素原子をつきとめるため補形物
′f:’4子分光分析によって試験した。この場合に、
フッ素原子asoo。
人の深さで存在する。このように−このグラフト化法は
、補形物の未保護表面の制限された厚さ以上にテトラフ
ルオロエチレンをグラフト化することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による関節補形物の変形耐性を試験す
るのに使用した装置を表わし。 第2図及び第3図は、試験装置の運動状態を表わし、 第4図社、実施例1の補形物のコテロイドに観察され九
変形を表わし、 第5図社、実施例2の補形物のコテロイドに観察された
変形を表わす。 1:歯車電動機、2ニトロリ、3:カム、4;ローラー
、5:自在継手、石:クランク手段、T:大龜骨、8ニ
トロリ、9:補形物。 10:荷重 代理人  浅 村   皓 外4名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)亨)ラフルオロエチレンでグラフトさせた1合体
    の薄層吟よって構成され九滑シ面を有することを%黴と
    する1合体の関節補形物。 (21補形物を形成する重合体が架橋されている特許請
    求の範囲第1項記載の補形物。 (3)補形物の一部が補形物の他の部分よシも高直に架
    橋された重合体から形成されている特許請求の範囲第2
    項記載の補形物、    −(4)  、1合体がポリ
    エチレンである特許請求の範囲第1項記載の補形物。 (5)重合体がポリオレフィン1ボリスチレ゛ン、ポリ
    アクリレート、ポリビニルクロライド、ポリアミド及び
    ポリエステルからなる群から選はれる特許請求の範囲第
    1項記載の補形物。 (6)滑り面を形成する薄層のテトラブルオロエチレン
    グラフ)化の度合如表面1−当シテトラフルオロエチレ
    ン0.3ないし2.5myである特許請求の範囲第1項
    記載の補形物。 (7)a)滑シ面を有する重合体の関節補形物の外向を
    、渭シ面を形成する領域を除き、テトラフルオロエチレ
    ンに対して不透過性で不活性な保θワニスで植機し、 b)このように被蝋した補形物に電離鍼を照射しり C)このように照射した補形物を、テトラフルオロエチ
    レン蒸気と%滑り−1を形成する重合体に限定された厚
    みのテトラフルオロエチレンのグラフト化をもたらすの
    に適当に時間接触させ。 ついで d)保賎ワニスを除去することを特徴とするテトラフル
    オロエチレンでグラフトさせた重合体の薄層によって構
    成された滑シ面を有する重合体の関節補形物の製′造方
    法。 (8)  照射を電子ビームによって行なう特許請求の
    範囲第7項記載の製造方法。 (9)  照射を2段階で行い、第1段階なrltAに
    よつて実施し、第2段階°を′電子ビームによって実施
    する特FfM求の軛W第7項記献の製造方法。 霞 補形物の一部において高度の1合体架鶴良を得るた
    めに、補形物が2種の異なる配向下での放射線を受ける
    ように照射するvflyFth!求の範囲第7項記載の
    製造方法。 αDa)m合体を架橋させるために、滑り向を有する重
    合体の関節補形物を電離−によって照射し。 b)架橋した1合体の関節補形物の外面を、滑)面を形
    成する領域を除き、テトラフルオロエチレンに対して不
    透過性で不活性な保映ワニスで植機し、 C)このように保謙した補形物に電m鱒を照射し、 d)このように照射し九補形智を、テトラフルオロエチ
    レン蒸気と、清夛面會形成する重合体に眠覚され九厚み
    のテトラフルオロエチレンのグラフト化をもたらすのに
    適当な時間接触させ、ついで e)保賎ワニス奢除去することを特徴とするテトラフル
    オロエチレンでグラフトさせ圧型合体の薄層によって構
    成さ、れfc滑り面を有する1合体の関節補形物の製造
    方法。 a3  架′橋をr?IMによる照射によって実施する
    特許請求の範囲第10項記載の製造方法。 0 ワニスで保繰した補形物の照射を、電子ビームによ
    って実施する特許請求の範囲第10項tたは第11項に
    記載の製造方f&。
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